Team syntetiserer med succes atomisk præcise metal nanoclusters

Et forskerhold har med succes syntetiseret en metal nanocluster og bestemt dens krystalstruktur. Deres undersøgelse giver eksperimentelt bevis for at forstå og designe nanoklynger med specifikke egenskaber på atomniveau. Metal nanoclusters har vidtgående anvendelser inden for det biomedicinske område.

Deres arbejde er publiceret i tidsskriftet Polyoxometalates .

Forskere har vist interesse for ligand-beskyttede atomisk præcise metal nanoclusters, fordi de har bestemte atomare strukturer og exceptionelle fysiske og kemiske egenskaber. Disse egenskaber omfatter attributter såsom luminescens, chiralitet, elektrokemi og katalyse.

På grund af disse egenskaber lover metal nanoclusters som ideelle modelkatalysatorer. Med deres ultrasmå størrelse viser disse nanoclusters høj katalytisk aktivitet og er selektive i mange katalytiske reaktioner.

Ligand-beskyttede metal nanoclusters er ultrasmå organisk-uorganiske nanostrukturer, der viser høj stabilitet ved specifikke sammensætninger. På grund af deres justerbare egenskaber har de potentialet til en række forskellige nanoteknologi-baserede applikationer.

Metal nanoklynger, der deler lignende strukturer, men består af forskellige metaller, giver forskerne en unik mulighed for en dybtgående undersøgelse af metalsynergien på atomniveau. For fuldstændigt at udnytte potentialet i disse metalnanoklynger i forskellige applikationer, skal forskere være i stand til at syntetisere legerede nanoklynger med lignende strukturer, men forskellige metalsammensætninger.

Denne syntese giver forskere mulighed for at foretage en omfattende undersøgelse af de faktorer, der påvirker nanoclusters egenskaber. Selvom forskere har gjort betydelige fremskridt med at forberede metal nanoclusters med lignende strukturer, er tilgængeligheden af ​​disse nanoclusters begrænset. Syntesen af ​​lignende metalnanoklynger er et væsentligt næste skridt for forskere.

Over tid har forskning i disse legerede nanoclusters tiltrukket sig stigende opmærksomhed blandt forskere. Fra tidligere undersøgelser har forskere opnået en foreløbig forståelse af oprindelsen af ​​metalnanoklyngers optiske egenskaber. Med dette kan de opnå teoretisk vejledning til at designe nanoklynger med høje fotoluminescens kvanteudbytter.

Forskerholdet foretog en undersøgelse af guld-sølv nanocluster [Au₇ Ag₈ (SPh)₆ ((p-OMePh)₃ P)₈ ]NEJ₃ (Au₇ Ag₈ ). De syntetiserede denne nanocluster, analyserede dens krystalstruktur og undersøgte dens optiske og elektrokatalytiske egenskaber for reduktion af kuldioxid.

Holdet brugte enkeltkrystal røntgendiffraktion, elektrosprayioniseringsmassespektrometri, røntgenfotoelektronspektroskopi og termogravimetrisk analyse til at studere nanoclusteren. Deres eksperimentelle resultater matchede deres teoretiske beregninger.

"Vores arbejde kan hjælpe med at opnå en bedre forståelse af effekten af ​​metalsynergi på optiske og katalytiske egenskaber på atomniveau," sagde Shuxin Wang, der er professor ved College of Materials Science and Engineering ved Qingdao University of Science and Technology i Kina.

Til sammenligning syntetiserede de også en lignende guldkobber nanocluster, [Au₁₃ Cu₂ (TBBT)₆ ((p-ClPh)₃ P)₈ ]SbF₆ (Au₁₃ Cu₂ ). De sammenlignede de optiske og elektrokatalytiske kuldioxidreduktionsegenskaber af de to metalnanoklynger. Begge disse metalnanoklynger udviser den samme kernestruktur, som er grundlæggende identisk, men de er forskellige i deres metalliske sammensætning.

Når de sammenlignede de optiske og katalytiske egenskaber af de to nanoclusters, Au₇ Ag₈ havde et fotoluminescenskvanteudbytte, der var betydeligt større end fotoluminescenskvanteudbyttet for Au₁₃ Cu₂ .

De opdagede, at sammenlignet med kobberdoping forbedrede sølvdoping effektivt fotoluminescenskvanteudbyttet af nanoclusteren med en faktor 7. De to nanoclustere udviste også forskellige katalytiske egenskaber.

Da de undersøgte den elektrokatalytiske carbondioxidreduktionsreaktion, reducerede tilsætningen af ​​en lille mængde kobber, mens den øgede den katalytiske selektivitet for carbonmonoxidproduktion, samtidig det elektrokemisk aktive overfladeareal. Ud fra deres strukturelle analyse tilskriver holdet den overlegne kulilteselektivitet til kobberdopingen i Au₁₃ Cu₂ nanocluster.

I en ideel elektrokatalysator ville forskere gerne opnå en delikat balance mellem selektivitet og bevarelse af et optimalt elektrokemisk aktivt overfladeareal. Når vi ser fremad, arbejder teamet på at inkorporere flere metaller. "Vi håber at opnå synergistisk katalyse for øget selektivitet og effektivitet," sagde Wang.

Flere oplysninger: Sammen med Ma et al, Atomisk præcise M 15 (M =Au/Ag/Cu) legering nanoclusters:Strukturel analyse, optiske og elektrokatalytiske CO 2 reduktionsegenskaber, Polyoxometalates (2024). DOI:10.26599/POM.2024.9140054

Leveret af Tsinghua University Press